1998

1954

O L

I M

P IA

D A

C

H E

M I

C

Z N

A

45

Zadania laboratoryjne

ZADANIE 1

Analiza jakościowa kompleksu

W wyniku reakcji pomiędzy wodnymi roztworami: siarczanu (VI) nieznanego metalu i soli

sodowej zawierającej nieznany anion otrzymano żółty krystaliczny kompleks. Próbka tego
kompleksu wchodzi w skład Twojego zestawu laborator

y

jnego. Korzystając wyłącznie z

odczynników znajdujących się na stanowisku zbiorczym:

• wodnego roztworu dw

u

c

hro

m

i

anu(

VI

) potasu o stężeniu 0,2 mol/dm

3

zakwaszonego kwasem

siarkow

ym

(Vl).

•

HNO

3

o stężeniu 2 mol/dm

3

.

•

H

C1 o stę

ż

eniu 2 mol/dm

3

.

• roztworu jodu w jodku potasu o stężeniu 0,05 mol/dm

3

względem jodu.

• wodnego roztworu

NH

3

o stężeniu 2 mol/dm

3

.

• krystalicznego nadsiarczanu amonu -

(NH

4

)

2

S

2

O

8

oraz wody destylowanej, bibuły filtracyjnej, papierka uniwersalnego i palnika przeprowadź
następujące próby jakościowe:

•

Niewielką ilo

ś

ć żółtego

k

ompl

e

k

s

u ogrzej w suchej probówce. Uważnie obserwuj ścianki probówki.

Na podstawie wyników pró

b

z wilgotnym papierkiem uniwersalnym ora

z

skrawkiem bib

u

ły

f

i

ltracyjnej nasyconej zak

w

aszonym ro

z

tworem

dwuchromianu

(VI) ustal jaki gaz wyd

z

iela si

ę

podc

z

as ogrzewania.

•

Niewielką ilo

ś

ć kompleksu dodaj do pro

b

ówki zawierającej roztwór kwasu azotowego a następnie

ostrożnie ogrzej całość do wrzenia.

•

Niewielką ilość kompleksu dodaj do probówki zawierającej roz

t

wór kwasu chlorowodorowego.

•

Nieco analizowanego kompleksu doda

/

porcjami do probówki zawierającej roztwór jodu w jodku

potasu.

•

Niewielką porcję kompleksu dodaj do probówki zawierającej roztwór amoniaku.

•

Przeprowadź ponownie próbę z wodnym roztworem amoniaku dodając pod koniec do probówki

ok.

100 mg krystalicznego nadsiarczanu amonu.

Na podstawie przeprowadzonych prób jakościowych ustal:

Jaki metal wchodzi w skład analizowanego kompleksu

?

Na którym stopniu utlenienia występuje kation metalu w strukturze kompleksu

?

Jakie

ligandy

mogą wchodzić w skład sfery koordynacyjnej kompleksu

?

Jaki anion mógł wchodzić w skład soli sodowej użytej do syntezy kompleksu

?

Opisz zwięźle wyniki kolejnych eksperymentów i w miarę możliwości uzasadnij ka

ż

dy z

wniosków równaniami reakcji stosując zapis jonowy

ZADANIE 2

2

Miareczkowanie manganometryczne i jodometryczne

Zadanie składa się z dwóch części:

1. W pierwszej części należy wyznaczyć stężenie roztworu tiosiarczanu sodu, znajdującego się w

zestawie laboratoryjnym. Stężenie roztworu tiosiarczanu określa się na podstawie miareczkowania
jodu wydzielonego w reakcji między jonami jodkowymi i jonami dichromianowymi.

2. W drugiej części zadania, należy wyznaczyć ilość nadtlenku wodoru, znajdującego się również w

zestawie laboratoryjnym. Ilość nadtlenku wodoru określa się na podstawie miareczkowania jodu

wydzielonego w reakcji między jonami jodkowymi i nadtlenkiem wodoru. Sposób postępowania.
1. Wyznaczanie stężenia roztworu tiosiarczanu sodu.
Do kolby stożkowej (ze szlifowanym korkiem) o pojemności 250 cm

3

wlać 75 cm

3

wody, dodać 2

gstałego jodku potasowego, 25 cm

3

roztworu HyS04 o stęż. 0,5 mol/dm

3

i 5 cm

3

roztworu

dichromianu
potasu o stęż. O, l mol/dm

3

. Zamknąć kolbę korkiem, roztwór zamieszać i odstawić w ciemne miejsce

(do szafki lub szuflady w siole laboratoryjnym) na około 5 min.
Biureta jest wypełniona wodą destylowaną. Wodę należy wylać i przepłukać biuretę roztworem
tiosiarczanu.
Otworzyć kolbę, w której wydzielił się jod, spłukać korek wodą destylowaną i odmiareczkować
wydzielony jod roztworem tiosiarczanu. Gdy brunatna barwa jodu zniknie niemal całkowicie, dodać
około ] cm roztworu skrobi.
Zabarwienie roztworu zmienia się pod koniec miareczkowania z ciemnogranatowego na
jasnozielone.
Pierwszą analizę można potraktować jako testową, po czym należy wykonać dwa oznaczenia.
Pokażdym miareczkowaniu, wylać roztwory do zlewu, spłukać zlew wodą, naczynia przemyć wodą
wodocią

g

ową

,

a następnie wodą destylowaną.

2. Wyznaczenie ilości nadt

l

enku wodoru w próbce.

Próbkę nadtlenku wodoru znajdującą się w kolbie o pojemności 100 cm, dopełnić wodą
destylowaną do kreski, zamknąć kolbę korkiem i dokładnie wymieszać. Z kolby pobrać pipetą 20 cm

3

roztworu nadtlenku wodoru i przenieść do kolby stożkowej (ze szlifowanym korkiem) o pojemności
250 cm

3

. Za pomocą cylindra miarowego dodać 80 cm

3

wody destylowanej, 10 cm

3

H^S04 (l

+

4), 2 g

stałego jodku potasu, zamknąć kolbę korkiem i odstawić na 10 min w ciemne miejsce. Następnie
odmiareczkować wydzielony jod za pomocą roztworu tiosiarczanu, którego stężenie zostało
poprzednio wyznaczone, dodając pod koniec miareczkowania l cm' roztworu skrobi.
Wykonać dwa oznaczenia. Po wykonaniu oznaczenia, wylać roztwory do zlewu i spłukać wodą. Po
wykonaniu zadania umyć naczynia szklane i wytrzeć ręcznikami papierowymi.

Opis wykonania zadania powinien zawierać następujące elementy:
1. Równanie reakcji między jonami dichromianowymi i jonami jodkowymi.
2. Równanie reakcji między jodem a jonami tiosiarczanowymi.
3. Równanie reakcji między nadtlenkiem wodoru i jonami jodkowymi.
4. Wyznaczone stężenie roztworu tiosiarczanu sodu.
5. Wyznaczone stężenie roztworu nadtlenku wodoru i ilość nadtlenku wodoru (w gramach) w próbce.

Stężenia roztworów i masę nadtlenku wodoru należy podać z dokładnością do trzech miejsc
znaczących.
Za poprawne wykonanie każdego z poleceń 1-3 można otrzymać po l punkcie. Za poprawne
wykonanie każdego z poleceń 4-5 można otrzymać po 5 punktów
Na każdym stanowisku pracy znajduje się następujące wyposażenie:

3

Sprzęt: Odczynniki:
2 kolby (ze szlifowanym korkiem) kolba z roztworem tiosiarczanu sodu o nieznanym stężeniu
o pojemności 250 cm

3

kolba miarowa o pojemności 100 cm

3

z próbką nadtlenku

wodoru
cylinder o pojemności 100 cm

3

dichromian potasu (roztwór o stężeniu O, l mol/dm

3

)

pipeta o pojemności 20 cm

3

kwas siarkowy (roztwór o stężeniu 0,5 mol/dm

3

)

pipeta o pojemności 5 cm

3

kwas siarkowy (roztwór ]+4)

pipeta o pojemności l cm

3

pięć próbek jodku potasu, każda o masie 2 g

biureta o pojemności 50 cm

3

skrobia (roztwór) tryskawka z wodą destylowaną

PUNKTACJA:

Zadanie 1 - 9 pkt, zadanie 2 - 13 pkt,

Łącznie: 22 pkt

CZAS TRWANIA ZAWODÓW:

240 minut

ROZWIĄZANIA ZADAŃ LABORATORYJNYCH

1998

1954

O L

I M

P IA

D A

C

H E

M I

C

Z N

A

45

ROZWIĄZANIE ZADANIA 1

Analizę jakościową związków chemicznych wchodzących w skład zestawu olimpijskiego rozpoczynamy od

przeprowadzenia reakcji z wodnym roztworem wodorotlenku sodu o stężeniu 2 mol/dm

3

. W przypadku stałych

związków chemicznych, reakcje z roztworem wodorotlenku sodu należy przeprowadzić z niewielką ilością stężonego
roztworu każdej z otrzymanych do identyfikacji substancji stałych w wodzie destylowanej. Przebieg reakcji chemicznych
otrzymanych do identyfikacji związków z roztworem wodorotlenku sodu prowadzi do następujących wyników:

• jeden raz w probówce z próbką analizowanego związku chemicznego pojawia się biały osad wodorotlenku cynku

rozpuszczalnego w nadmiarze wodorotlenku sodu - jednoznaczna identyfikacja chlorku cynku. W trakcie wykonywania
analizy należy pamiętać o rozcieńczeniu niewielkiej ilości nasyconego wodnego roztworu chlorku cynku i bardzo
powolnym dodawaniu roztworu wodorotlenku sodu. Nieostrożne przeprowadzenie analizy może spowodować
niezauważenie powstającego białego osadu wodorotlenku cynku.

• dwa razy po podgrzaniu probówki z próbką analizowanego związku chemicznego wywiązuje się gazowy amoniak.

Wywiązywanie się gazowego amoniaku potwierdza jego charakterystyczny zapach oraz zmiana barwy wilgotnego
papierka uniwersalnego - możliwe: siarczan(VI) diamonu i węglan diamonu.

• trzy razy po dodaniu roztworu wodorotlenku sodu pojawia się lekkie zmętnienie i wyraźne rozwarstwienie próbek

analizowanych związków chemicznych - możliwe ftalan dimetylu, n - propanol i tert - butanol. Probówki, w których
wystąpiło wyraźne rozwarstwienie próbek ogrzewamy. W przypadku ftalanu dimetylu obserwujemy powolny zanik
warstwy estru. Po ochłodzeniu ogrzewanych probówek ich zawartość pozostawiamy do dalszych analiz.

• w pozostałych przypadkach nie obserwujemy przebiegu reakcji chemicznych - możliwe: tiosiarczan disodu,

siarczan(IV) disodu, sacharoza i glukoza.

Następny etap analizy jakościowej to przeprowadzenie reakcji związków chemicznych wchodzących w skład zestawu z

wodnym roztworem kwasu chlorowodorowego o stężeniu 2 mol/dm

3

. Przebieg reakcji chemicznych użytych do

identyfikacji związków z roztworem kwasu chlorowodorowego prowadzi do następujących wyników:

W grupie związków chemicznych wywiązujących gazowy amoniak w reakcji z roztworem wodorotlenku sodu:

• jeden raz obserwujemy wywiązywanie się gazowego ditlenku węgla - jednoznaczna identyfikacja węglanu

diamonu.

• jeden raz nie obserwujemy przebiegu reakcji chemicznej - jednoznaczna identyfikacja siarczanu(VI) diamonu.

4

W grupie związków chemicznych wykazujących zmętnienie i rozwarstwienie próbek w reakcji z roztworem

wodorotlenku sodu:

• trzy razy po dodaniu roztworu kwasu chlorowodorowego pojawia się lekkie zmętnienie próbek analizowanych

związków chemicznych i w przypadku ftalanu dimetylu wyraźne rozwarstwienie analizowanej próbki - możliwe: ftalan
dimetylu, n - propanol i tert - butanol.

W grupie związków chemicznych nie reagujących z roztworem wodorotlenku sodu:
• dwa razy po dodaniu roztworu kwasu chlorowodorowego wywiązuje się gazowy tlenek siarki(IV) o

charakterystycznym, ostrym zapachu - możliwe: tiosiarczan disodu i siarczan(IV) disodu.

• jeden raz dodanie roztworu kwasu chlorowodorowego, oprócz wywiązywania się gazowego tlenku siarki(IV),

powoduje wypadanie szarego osadu siarki - jednoznaczna identyfikacja tiosiarczanu disodu.

• jeden raz dodanie roztworu kwasu chlorowodorowego oprócz wywiązywania się gazowego ditlenku siarki(IV), nie

powoduje wypadania żadnego osadu - jednoznaczna identyfikacja siarczanu(IV) disodu.

Następny etap analizy jakościowej to przeprowadzenie reakcji ze stężonym kwasem chlorowodorowym. Dodanie

stężonego kwasu chlorowodorowego do próbek poddanych wcześniej reakcji z gorącym roztworem wodorotlenku
prowadzi do następujących wyników:

• jeden raz obserwujemy wypadanie białego drobnokrystalicznego osadu. Osad ten stanowi kwas ftalowy. Wynik

analizy pozwala na jednoznaczną identyfikację ftalanu dimetylu.

Następny etap analizy jakościowej to identyfikacja alkoholi wchodzących w skład zestawu olimpijskiego. W celu

jednoznacznego określenia ich rzędowości należy przeprowadzić reakcję z odczynnikiem Lucasa przygotowanym przez
zmieszanie stężonego kwasu chlorowodorowego z nasyconym wodnym roztworem chlorku cynku. Przebieg reakcji
chemicznych otrzymanych do identyfikacji związków z odczynnikiem Lucasa prowadzi do następujących wyników:

• jeden raz obserwujemy natychmiastowe zmętnienie próbki alkoholu - jednoznaczna identyfikacja tert - butanolu,

będącego alkoholem trzeciorzędowym.

• jeden raz nie obserwujemy zmętnienia próbki alkoholu - jednoznaczna identyfikacja n - propanolu, będącego

alkoholem pierwszorzędowym.

Ostatni etap analizy jakościowej to identyfikacja cukrów wchodzących w skład zestawu olimpijskiego. W celu ich

rozróżnienia przeprowadzamy próbę z wodorotlenkiem miedzi(II) otrzymanym w wyniku zmieszania wodnych
roztworów siarczanu(VI) miedzi(II) i wodorotlenku sodu:

• jeden raz obserwujemy wypadanie drobnokrystalicznego osadu tlenku miedzi(I) barwy pomarańczowoczerwonej.

Wynik przeprowadzonej analizy umożliwia jednoznaczną identyfikację glukozy.

• jeden raz obserwujemy wypadanie drobnokrystalicznego osadu tlenku miedzi(II) barwy czarnej. Wynik

przeprowadzonej analizy umożliwia jednoznaczną identyfikację sacharozy. Wypadanie drobnokrystalicznego osadu
tlenku miedzi(I) barwy pomarańczowoczerwonej zaobserwujemy, gdy reakcję z wodorotlenkiem miedzi(II)
przeprowadzimy używając roztworu sacharozy inwertowanej stężonym kwasem solnym. Reakcję inwertowania
przeprowadzamy ogrzewając 5 minut probówkę zawierającą próbkę roztworu sacharozy zakwaszoną niewielką ilością
stężonego kwasu solnego.

Punktacja:

• Identyfikacja zawartości probówek oznaczonych numerami od 1 do 10: po 0,5 pkt.

5 pkt

• Opis toku analizy i równania reakcji w zapisie jonowym: po 1,5 pkt

15 pkt

RAZEM

20 pkt

ROZWIĄZANIE ZADANIA 2.

Zawodnicy otrzymali w indywidualnych zestawach roztwór soli Mohra o stężeniu około 0.2 mol/dm

3

oraz roztwór

nadtlenodisiarczanu disodu o stężeniu około 0.1 mol/dm

3

.

Przykładowe wyznaczanie stężenia roztworu soli Mohra.

Ilość roztworu manganianu(VII) potasu zużyta na zmiareczkowanie próbki soli Mohra:
I pomiar 40,1 cm

3

5

II pomiar 39,9 cm

3

Średnio 40,0 cm

3

Z równania reakcji:

MnO

4

-

+

8 H

+

+

5 Fe

2+

→ Mn

2+

+

5 Fe

3+

+

4 H

2

O

wnioskujemy, że 0.8 milimola jonów MnO

4

-

(ilość jonów MnO

4

-

zawarta w średniej objętości 40 cm

3

mianowanego

roztworu manganianu(VII) potasu o stężeniu 0.02 mol/dm

3

) odpowiada 4 milimolom jonów Fe

2+

. Zatem stężenie

badanego roztworu soli Mohra wynosi:

4 mmol : 20 cm

3

= 0.2 mol/dm

3

Przykładowe wyznaczenie ilości nadtlenodisiarczanu disodu w analizowanej próbce.

Ilości roztworu manganianu(VII) potasu zużyte na odmiareczkowanie nadmiaru jonów Fe

2+

:

I pomiar 20,0 cm

3

II pomiar 20,0 cm

3

Średnio 20,0 cm

3

Z równań reakcji:

MnO

4

-

+

8 H

+

+

5 Fe

2+

→ Mn

2+

+

5 Fe

3+

+

4 H

2

O

S

2

O

8

2-

+

2 Fe

2+

→ 2 SO

4

2-

+

2 Fe

3+

wnioskujemy, że 0.4 milimola jonów MnO

4

-

(ilość jonów MnO

4

-

zawarta w średniej objętości 20 cm

3

mianowanego

roztworu manganianu(VII) potasu o stężeniu 0.02 mol/dm

3

) odpowiada 2 milimolom jonów Fe

2+

. Taka ilość jonów

żelaza(II) odpowiada dokładnie jednemu milimolowi jonów S

2

O

8

2-

. Zatem stężenie jonów S

2

O

8

2-

w analizowanej próbce

roztworu nadtlenodisiarczanu disodu o objętości 10,0 cm

3

wynosi:

1 milimol : 10 cm

3

= 0,1 mol/dm

3

Punktacja:

• Za prawidłowe wyniki miareczkowania: 2 razy po 5 pkt. 10

pkt

• Za poprawne obliczenia: 2 razy po 2 pkt

4 pkt

• Za poprawne równania reakcji: 2 razy po 2 pkt

4 pkt

• Za opis zasady oznaczania nadtlenodisiarczanu:

1 pkt

• Za prawidłowe wyjaśnienie konieczności zakwaszenia próbki roztworu soli Mohra

1 pkt

RAZEM

20 pkt